基于溶液浸渗调控结构陶瓷组成与特性的基础和应用研究

本项目提出了一种制备陶瓷基复合材料、梯度材料和实现材料表面改性的新方法，其原理是：各种陶瓷坯体中存在纳米至亚微米级的连通孔结构，通过将陶瓷坯体在溶液中做浸渗处理，则溶液中以离子或分子形式存在的改性组元会沿该连通孔结构的从坯体表层逐渐扩散到内部，在扩散到达区实现了改性组元在材料基体组元中均匀分散，烧结后得到改性和复合的陶瓷材料，从而提供了一种新的制备陶瓷基复合材料、梯度材料和实现材料表面改性的普适性方法。本项目将重点研究这种新方法在强韧化的氧化锆、氧化铝基陶瓷材料，晶界相晶化高温性能优异的氮化硅陶瓷材料，以及彩色氧化锆陶瓷材料制备的基础科学问题。进一步丰富陶瓷材料领域的制备理论与工艺。

本项目研究了浸渗工艺在陶瓷材料领域中的应用，利用了陶瓷坯体中存在纳米至亚微米级的连通孔结构，通过将陶瓷坯体在溶液中做浸渗处理，使溶液中以离子或分子形式存在的改性组元会沿该连通孔结构的从坯体表层逐渐迁移到内部，提出了一种制备陶瓷基复合材料、梯度材料和实现材料表面改性的新方法。主要研究成果如下：.使用含有致色离子的水溶液浸渗水萃取脱脂的注射成型氧化锆坯体，制备了彩色氧化锆陶瓷部件，提供了一种普适性的致色方法，制备的材料改性层深度可控。.使用循环浸渗-原位沉淀工艺向氧化铝坯体中引入了含量可控、尺寸细小、分布均匀的ZrO2晶粒，制备了ZTA材料，浸渗可在很低的ZrO2添加量下（2.3vol%）成功地抑制了晶粒的异常长大。.探索了工艺参数对浸渗效果的影响。发现降低溶液浓度、减小坯体尺寸，施加促进气体排出的辅助机制等方法有助于提高浸渗填充率并实现良好的均匀性。使用浸渗工艺对小尺寸陶瓷坯体进行低浓度掺杂，可以达到良好的分布均匀性和较为精确的添加剂引入量。.以硝酸盐水溶液的形式通过浸渗向氧化铝坯体中引入了烧结助剂，通过高温氢气气氛烧结制备了高透过率半透明氧化铝陶瓷。与传统球磨工艺相比，浸渗制备的样品可得到均匀的添加剂分布和精细的微观结构。